基于IEEE802.15.4无线粮食仓储测控系统的研究与应用

论文摘要

粮食安全问题是关系到我国新时期经济社会健康全面发展和社会稳定的关键问题。而粮食在储藏环节中的损失是影响粮食安全的重要因素之一。为减少粮食储藏过程中的损失,保障粮食的品质,必须建立粮情监控系统以及时准确地掌握粮食储藏过程中各种物理参数,如粮食的温度、含水量以及粮仓温度、湿度等变化情况,并作出相应处理。由于无线网络能够提供更大的灵活性、流动性。将无线网络技术应用于粮食监控系统已成为一种趋势。本文设计了基于IEEE802.15.4和LabVIEW监控软件的仓储粮情检测系统,实现了用户能够随时随地监控粮食温湿度的目的。本课题设计的基于新型ZigBee模块、IEEE802.15.4c无线传输协议与LabVIEW的粮情应用系统分为测控节点、通信系统和上位机监控界面三部分。测控节点采用Atmega1281单片机作为主控制器,AT86RF212作为无线数据收发器件,实现了数据采集、传输和通风控制等功能。其中,数据采集主要包括温度、湿度的采集,分别通过温度传感器DS18B20、温湿度传感器SHT75实现；通风控制则通过继电器控制风机的启动和停止,通过通风降温除湿实现粮食的安全储藏。通信系统基于IEEE802.15.4c开发,在分析IEEE802.15.4和ZigBee协议的基础上,深入理解ZigBee技术的特性,组建了星形网实现无线传输数据,发送控制命令。使用LabVIEW软件编写的上位机粮情监控界面,可用通过USB／串口转换器与网络协调器通信,实现了整个监测网络系统设置、粮库的状态采集,显示,查询,存储、数据处理、与人工气候室PLC通信、通风控制。实验证明,基于IEEE802.15.4无线通信技术与LabVIEW的粮情测控系统完全可以满足检测粮仓现场环境参数与粮食参数的需求,为今后向实际大型粮仓的应用提供了探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 传输技术选择
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 本文的研究内容和论文结构安排
• 1.4.1 本文工作
• 1.4.2 论文结构
• 第二章 IEEE802.15.4协议规范研究及分析
• 2.1 IEEE802.15.4协议标准
• 2.2 IEEE802.15.4c相关修订
• 第三章 IEEE802.15.4无线粮情测控系统的软硬件设计与实现
• 3.1 ZigBee无线粮情测控系统总体设计
• 3.1.1 粮情测控系统总体设计方案
• 3.1.2 软件平台
• 3.1.3 硬件平台选择依据
• 3.1.4 软件设计思想
• 3.2 无线传感器硬件平台
• 3.2.1 无线传输模块Atmegal281+AT86RF212
• 3.2.2 温湿度传感器——SHT75
• 3.2.3 温度传感器——DBS18B20
• 3.2.3.1 单总线原理
• 3.2.3.2 DS18B20介绍
• 3.2.3.3 DS18B20在粮情测控系统中的应用
• 3.2.4 通风控制的实现
• 3.2.4.1 继电器的硬件设计
• 3.2.4.2 继电器的软件设计
• 第四章 IEEE802.15.4无线粮情系统网络通信软件的设计与实现
• 4.1 网络软件总体流程
• 4.2 网络地址分配方案
• 4.3 父节点选择规范
• 4.4 数据传送
• 4.5 节点编号
• 4.6 休眠与唤醒发送机制的实现
• 第五章 基于LabVIEW软件的上位机监控界面的设计
• 5.1 虚拟仪器与LabVIEW编程语言
• 5.1.1 虚拟仪器概述
• 5.1.2 LabVIEW编程语言
• 5.2 基于LabVIEW的上位机监控界面
• 5.2.1 粮情测控系统监控界面的功能
• 5.2.2 粮情测控系统监控界面分析
• 第六章 系统整体调试与能耗分析
• 6.1 网络整体功能测试
• 6.2 节点性能测试
• 6.2.1 无障碍传输距离测试
• 6.2.2 有障碍传输距离测试
• 6.2.3 粮食间传输距离测试
• 6.3 能耗分析
• 第七章 总结和展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文